ITTO991113A1

ITTO991113A1 - SLIDING RESISTANT VALVE, IN PARTICULAR WITH PLASTIC VALVE BODY FOR USE IN THE SEMICONDUCTOR PROCESSING INDUSTRY.

Info

Publication number: ITTO991113A1
Application number: IT1999TO001113A
Authority: IT
Inventors: John A Leys; Michael A Stein
Original assignee: Fluoroware Inc
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2001-06-17
Also published as: IT1311326B1; ITTO991113A0; GB2344870A; DE19960630A1; HK1028631A1; GB9929947D0; KR100770757B1; JP2000227168A; CA2292279A1; US20020066488A1; FR2787547B1; KR20000048207A; GB2344870B; FR2787547A1; DE19960630B4; US6595240B2

Description

D E S C R I Z IO N E DESCRIPTION

del brevetto per Invenzione Industriale of the patent for Industrial Invention

SFONDO DELL'INVENZIONE BACKGROUND OF THE INVENTION

La presente invenzione si riferisce a valvole, più particolarmente l'invenzione si riferisce a valvole con corpi valvolari di plastica e altri componenti di plastica che sono sottoposti a scorrimento. The present invention relates to valves, more particularly the invention relates to valves with plastic valve bodies and other plastic components which are subjected to sliding.

Nell'industria di lavorazione dei semiconduttori, vengono utilizzati fluidi altamente corrosivi o caustici con temperature eccedenti i 150°C. Le valvole, accessori e tubazioni metalliche tradizionali non sono adatti in tali applicazioni. Piuttosto, vengono utilizzati materiali altamente inerti come fluoropolimeri, per esempio PFA (perfluoroalcossile) e PTFE (politetrafluoroetilene) . In tali applicazioni, è critico avere un elevato livello di prestazione nelle valvole. Un problema incontrato con la plastica in generale e le valvole di plastica in particolare, consiste nel fatto che la plastica sotto sforzo può scorrere, danneggiando l'integrità della valvola. Lo scorrimento viene esacerbato da temperature elevate e da variazioni di temperatura. Tipicamente, lo stelo della valvola, la sede della valvola e il corpo della valvola sono componenti soggetti a scorrimento sotto sforzo. Tale scorrimento può ridurre l'affidabilità, diminuire la durata di tali valvole, aumentare la manutenzione delle valvole e generalmente aumentare i costi associati con le valvole. In the semiconductor processing industry, highly corrosive or caustic fluids with temperatures exceeding 150 ° C are used. Traditional metal valves, fittings and piping are not suitable for such applications. Rather, highly inert materials such as fluoropolymers are used, for example PFA (perfluoroalkoxyl) and PTFE (polytetrafluoroethylene). In such applications, it is critical to have a high level of valve performance. One problem encountered with plastic in general and plastic valves in particular is that the plastic under stress can flow, damaging the integrity of the valve. Creep is exacerbated by high temperatures and temperature changes. Typically, the valve stem, valve seat, and valve body are components subject to sliding under stress. Such sliding can reduce reliability, decrease the life of these valves, increase valve maintenance and generally increase the costs associated with the valves.

Le valvole di plastica vengono anche usate in molte altre applicazioni come l'irrigazione. Lo scorrimento nei componenti di plastica in tali valvole è anche problematico, sebbene probabilmente non potenzialmente catastrofico dal punto di vista economico come nell'industria di lavorazione dei semiconduttori . Plastic valves are also used in many other applications such as irrigation. Flow in plastic components in such valves is also problematic, although probably not potentially as economically catastrophic as in the semiconductor processing industry.

Facendo riferimento alle Fig. 1 e 2, è illustrata una valvola a tre vie azionata manualmente della tecnica precedente quali quelle usate nell'industria dì lavorazione dei semiconduttori e generalmente indicata con il numero 10. Un corpo 11 della valvola ha una manopola 12 che si estende da questo che viene ruotata per azionare la valvola. Una porzione di attuatore 13 ' comprende la manopola, l'albero 14 dell'attuatore e un meccanismo di traslazione del movimento 16. La porzione di attuatore è impegnata con il gruppo 18 di stelo della valvola avente un primo elemento 20 a valvola o elemento superiore ed un secondo elemento 22 a valvola o elemento inferiore, ciascuno a forma di fungo e ciascuno con un diaframma 24 che si estende da questo. Il meccanismo'di traslazione del movimento 28 può essere un albero filettato 32 o superfici a camma 34 per trasformare il movimento di rotazione della manopola in un movimento lineare del gruppo di stelo della valvola. Sono illustrati entrambi i meccanismi, sebbene su una singola valvola ne venga generalmente usato solo uno. Una prima molla 36 è posizionata sotto l'elemento di valvola inferiore e fornisce la pressione di chiusura per chiudere detto elemento di valvola inferiore e la corrispondente sede della valvola inferiore 40. Si può usare una molla supplementare 38. Il meccanismo di azionamento agisce contro la forza della molla per separare l'elemento di valvola inferiore dalla sede della valvola e aprire la porzione di valvola inferiore 42. Referring to Figs. 1 and 2, a prior art manually operated three-way valve such as those used in the semiconductor processing industry and generally designated by the numeral 10 is illustrated. A valve body 11 has a knob 12 which is extends from this that it is rotated to operate the valve. An actuator portion 13 'includes the knob, the actuator shaft 14 and a movement translation mechanism 16. The actuator portion is engaged with the valve stem assembly 18 having a first valve element 20 or upper element and a second valve member 22 or lower member, each mushroom-shaped and each with a diaphragm 24 extending therefrom. The movement translation mechanism 28 may be a threaded shaft 32 or cam surfaces 34 for transforming the rotational movement of the knob into a linear movement of the valve stem assembly. Both mechanisms are illustrated, although only one is typically used on a single valve. A first spring 36 is positioned below the lower valve element and provides the closing pressure to close said lower valve element and the corresponding lower valve seat 40. An additional spring 38 may be used. The actuation mechanism acts against the spring force to separate the lower valve element from the valve seat and open the lower valve portion 42.

L'elemento di valvola superiore 20 viene spostato assialmente mediante il meccanismo di traslazione del movimento che può comprendere elementi di collegamento intermedi 44. In valvole che utilizzano un albero attuatore filettato, la pressione di chiusura fra l'elemento di valvola e la sede della valvola può dipendere direttamente dalla coppia fornita dalla manopola. Uno svantaggio di questa disposizione consiste nel fatto che la pressione di chiusura dipende da determinazioni soggettive dell'operatore di quando la valvola è sufficientemente chiusa. Gli operatori tendono ad usare una forza eccessiva per chiudere tali valvole per essere sicuri che siano sufficientemente chiuse. Questo può portare ad una immediata rottura della valvola oppure causare uno scorrimento eccessivo al meccanismo attuatore comprendente il meccanismo di traslazione del movimento, come pure della sede della valvola e altre porzioni del corpo della valvola. Uno scorrimento sufficiente a danneggiare il funzionamento della valvola si può verificare dopo un numero limitato di cicli di utilizzo. The upper valve element 20 is axially displaced by the motion translation mechanism which may include intermediate connecting elements 44. In valves using a threaded actuator shaft, the closing pressure between the valve element and the valve seat it may depend directly on the torque provided by the knob. A disadvantage of this arrangement is that the closing pressure is dependent on subjective determinations by the operator of when the valve is sufficiently closed. Operators tend to use excessive force to close these valves to make sure they are closed enough. This can lead to immediate valve rupture or cause excessive sliding of the actuator mechanism including the motion translation mechanism, as well as the valve seat and other portions of the valve body. Sufficient sliding to damage valve operation can occur after a limited number of cycles of use.

Un modo per trattare questo problema consìste nel fornire un arresto per limitare la rotazione della manopola e dell'albero per evitare la discrezione di chiusura da parte dell'operatore. Questi tipi di valvole sono anche soggetti a scorrimento e avranno tipicamente un dado di regolazione in modo che il meccanismo attuatore possa venire regolato per compensare lo scorrimento. Un problema inerente con queste valvole è conoscere quando lo scorrimento si è verificato e conoscere di quanto regolare il dado di regolazione. Queste sono spesso determinazioni soggettive determinate dagli operatori. One way to deal with this problem is to provide a stop to limit rotation of the knob and shaft to avoid operator discretion in closing. These types of valves are also subject to slip and will typically have an adjusting nut so that the actuator mechanism can be adjusted to compensate for slip. An inherent problem with these valves is knowing when the slip occurred and knowing how much to adjust the adjusting nut. These are often subjective determinations determined by the operators.

In valvole che utilizzano le superfici a camma, l'albero avrà tipicamente un arresto di rotazione e la pressione di chiusura dell'elemento di valvola sulla sede della valvola non dipenderà dalla coppia della manopola purché la manopola venga ruotata completamente. Questi meccanismi di traslazione a camma forniscono efficacemente una rotazione limitata, per esempio un quarto di giro per effettuare la chiusura e l'apertura completa. Le valvole di plastica che utilizzano le superfici a camma sono anche soggette a scorrimento e quando viene utilizzata la breve rotazione di un quarto di giro, le considerazioni di scorrimento sono pronunciate. Queste valvole necessiteranno tipicamente di un dado di regolazione tale che dopo un uso prolungato le valvole possano quindi venire regolate per ripristinare le pressioni di chiusura originali fra l'elemento di valvola superiore e la sede della valvola. In valves using cam surfaces, the shaft will typically have a rotation stop and the closing pressure of the valve element on the valve seat will not depend on the torque of the knob as long as the knob is turned fully. These cam translation mechanisms effectively provide limited rotation, such as a quarter turn, to effect full closing and opening. Plastic valves that use cam surfaces are also prone to slip and when the short quarter turn rotation is used, slip considerations are pronounced. These valves will typically require an adjusting nut such that after prolonged use the valves can then be adjusted to restore the original closing pressures between the upper valve element and the valve seat.

Ancora con riferimento alla Fig. 1, le valvole di plastica, particolarmente quelle usate nell'industria di lavorazione dei .semiconduttori, avranno spesso una scanalatura o cavità anulare 48 in corrispondenza della sede della valvola. Questa caratteristica fornisce alla sede della valvola una certa flessibilità che fornisce una maggiore consistenza nella chiusura e nella tenuta, fornisce minori tolleranze di fabbricazione per i componenti di plastica e quindi fornisce minori costi di produzione. La sede della valvola flessibile rende anche la sede della valvola più suscettibile allo scorrimento. Still referring to Fig. 1, plastic valves, particularly those used in the semiconductor processing industry, will often have an annular groove or cavity 48 at the valve seat. This feature provides the valve seat with some flexibility which provides greater consistency in closing and sealing, provides smaller manufacturing tolerances for plastic components and therefore provides lower manufacturing costs. The flexible valve seat also makes the valve seat more susceptible to sliding.

È necessaria una valvola che elimini la discrezione dell'operatore nel determinare quanta coppia esercitare su una valvola di plastica. È necessaria una valvola a diaframma a tre vie di plastica che non richieda regolazione periodica per compensare lo scorrimento. È necessaria una valvola di plastica che minimizzi le tensioni interne nella valvola per minimizzare il verificarsi dello scorrimento. È necessaria una valvola di plastica che sia auto-compensante per lo scorrimento che dovesse verificarsi. A valve is required that eliminates operator discretion in determining how much torque to exert on a plastic valve. A plastic three-way diaphragm valve is required that does not require periodic adjustment to compensate for slip. A plastic valve is required that minimizes internal stresses in the valve to minimize the occurrence of slip. You need a plastic valve that is self-compensating for the slip that should occur.

SOMMARIO DELL'INVENZIONE SUMMARY OF THE INVENTION

Una valvola costituita principalmente da plastica ha una caratteristica di compensazione dello scorrimento che fornisce un impegno costante fra gli elementi a valvola e le loro rispettive sedi della valvola. Le caratteristiche compensano la compressione dei componenti interni della valvola, come pure l'allungamento del corpo della valvola. Valvole secondo l'invenzione sono particolarmente adatte per applicazioni nell'industria dei semiconduttori. A valve consisting primarily of plastic has a slip compensation feature which provides constant engagement between the valve elements and their respective valve seats. The features compensate for the compression of the internal valve components as well as the elongation of the valve body. Valves according to the invention are particularly suitable for applications in the semiconductor industry.

Una forma di realizzazione dell'invenzione è una configurazione di valvola a diaframma a tre vie. Queste valvole hanno convenzionalmente una molla inferiore che fornisce la forza di chiusura per un elemento di valvola inferiore. Un meccanismo a molla intrappolata addizionale fornisce una forza di chiusura costante per l'elemento di valvola superiore piuttosto che fare affidamento sulla forza verso il basso di un gruppo attuatore dalla rotazione della manopola. La molla intrappolata auto-compensa qualsiasi scorrimento dei componenti della valvola. One embodiment of the invention is a three-way diaphragm valve configuration. These valves conventionally have a lower spring which provides the closing force for a lower valve element. An additional trapped spring mechanism provides a constant closing force for the upper valve element rather than relying on the downward force of an actuator assembly from turning the knob. The trapped spring self-compensates for any slippage of the valve components.

In una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, una valvola a diaframma a tre vie a quarto di giro azionata manualmente, ha un interno aperto con camere e condotti di flusso separati mediante porzioni di valvola superiore e inferiore, ciascuna porzione di valvola è costituita da un elemento di valvola allineato assialmente e una sede della valvola. Una porzione di stelo della valvola comprende entrambi gli elementi a valvola separati da uno stelo cavo e ha diaframmi che si estendono da ciascun elemento di valvola. Un gruppo di attuatore comprendente un albero di collegamento dell'attuatore si sposta assialmente verso l'alto e verso il basso mediante rotazione di una manopola. Questo fa in modo che il gruppo di stelo della valvola si sposti assialmente e le porzioni a valvola si aprano e chiudano. L'albero di collegamento dell'attuatore si estende’attraverso lo stelo cavo ed è direttamente impegnato con l'elemento di valvola della porzione a valvola inferiore ed è assialmente scorrevole entro il primo elemento di valvola. In a preferred embodiment of the invention, a manually operated three-way quarter-turn diaphragm valve has an open interior with separate flow chambers and conduits by upper and lower valve portions, each valve portion consisting of an axially aligned valve element and a valve seat. A valve stem portion includes both valve elements separated by a hollow stem and has diaphragms extending from each valve element. An actuator assembly comprising an actuator connecting shaft moves axially up and down by rotation of a knob. This causes the valve stem assembly to move axially and the valve portions to open and close. The actuator connecting shaft extends through the hollow stem and is directly engaged with the valve element of the lower valve portion and is axially sliding within the first valve element.

La molla inferiore fornisce spinta verso l'alto al gruppo di stelo della valvola e fornisce specificamente forza verso l'alto per chiudere la porzione di valvola inferiore quando l'albero di collegamento dell'attuatore non mantiene aperto l'elemento di valvola inferiore. Quando il gruppo attuatore si sposta verso il basso mediante rotazione della manopola, lo stelo dell'attuatore provoca separazione dell'elemento di valvola inferiore dalla sede della valvola inferiore e corrispondentemente causa compressione della prima molla mediante l'albero attuatore. Inoltre, il movimento verso il basso del gruppo attuatore spinge verso il basso l'elemento di valvola superiore della porzione di valvola superiore mediante un meccanismo di compensazione dello scorrimento per portare in sede l'elemento di valvola superiore sulla sede della valvola superiore. Il meccanismo di compensazione dello scorrimento è costituito da un meccanismo a molla di precarico intrappolata. Il meccanismo ha una posizione estesa e fornendo una forza di compressione assiale sufficiente può venire compresso fino ad una posizione contratta e compressa. Il meccanismo attuatore è configurato in modo che l'elemento di valvola superiore raggiunga la sede prima che la manopola venga ruotata sul suo campo completo di movimento. Quando la manopola viene ulteriormente ruotata, l'elemento di valvola superiore rimane nella sede e un ulteriore movimento verso il basso del gruppo attuatore comprime il meccanismo a molla di precarico intrappolata. Questo movimento disponìbile addizionale del gruppo attuatore non richiede quindi un corrispondente movimento dell'elemento di valvola superiore. Quindi, se lo stelo della valvola si comprime, cioè si accorcia, a causa dello scorrimento dello stelo della valvola di plastica, il primo elemento di valvola si disporrà in sede leggermente 'dopo rispetto ad uno stelo della valvola non compresso e il meccanismo a molla intrappolata sarà ancora compresso,, ma verrà compresso dopo nel movimento di rotazione della manopola e si comprimerà leggermente di meno. La forza verso il basso dell'elemento di valvola sulla sede della valvola sarà sostanzialmente la stessa nel caso dello stelo della valvola non compresso. Quindi, il meccanismo a molla intrappolata compensa efficacemente ed automaticamente lo scorrimento di compressione nel gruppo di stelo della valvola.'Lo scorrimento esteso negli elementi del corpo della valvola viene compensato in modo simile. The lower spring provides upward thrust to the valve stem assembly and specifically provides upward force to close the lower valve portion when the actuator connecting shaft does not hold the lower valve member open. As the actuator assembly moves downward by rotation of the knob, the actuator stem causes separation of the lower valve element from the lower valve seat and correspondingly causes compression of the first spring by the actuator shaft. Further, the downward movement of the actuator assembly pushes the upper valve member of the upper valve portion downward by a slip compensation mechanism to seat the upper valve member on the upper valve seat. The slip compensation mechanism consists of a trapped preload spring mechanism. The mechanism has an extended position and by providing sufficient axial compressive force it can be compressed to a contracted and compressed position. The actuator mechanism is configured so that the upper valve element reaches the seat before the knob is rotated to its full range of motion. As the knob is turned further, the upper valve element remains in the seat and a further downward movement of the actuator assembly compresses the trapped preload spring mechanism. This additional available movement of the actuator assembly does not therefore require a corresponding movement of the upper valve element. Thus, if the valve stem compresses, i.e. shortens, due to the sliding of the plastic valve stem, the first valve element will seat slightly after an uncompressed valve stem and the spring mechanism trapped will still be compressed, but will be compressed later in the turning motion of the knob and will compress slightly less. The downward force of the valve element on the valve seat will be substantially the same in the case of the uncompressed valve stem. Hence, the trapped spring mechanism effectively and automatically compensates for compression slip in the valve stem assembly. Extended slip in the valve body elements is similarly compensated.

Una caratteristica ed un vantaggio di particolari forme di realizzazione dell'invenzione consistono nel fatto che valvole costruite secondo di queste vengono sottoposte a tensioni interne minime e controllate, minimizzando così il verificarsi dello scorrimento . A characteristic and an advantage of particular embodiments of the invention consist in the fact that valves constructed according to these are subjected to minimum and controlled internal stresses, thus minimizing the occurrence of sliding.

Una caratteristica ed un vantaggio di particolari forme di realizzazione dell'invenzione consistono nel fatto che lo scorrimento viene compensato automaticamente dalla valvola, senza la necessità di regolazione . A characteristic and an advantage of particular embodiments of the invention consist in the fact that the sliding is automatically compensated by the valve, without the need for adjustment.

Una caratteristica ed un vantaggio di certe forme di realizzazione dell'invenzione consistono nel fatto che non occorre alcun dado di regolazione. A feature and advantage of certain embodiments of the invention is that no adjusting nut is required.

Una caratteristica ed un vantaggio forniti da particolari forme di realizzazione dell'invenzione sono una valvola di plastica con un maggior grado di affidabilità e maggiore durata. A feature and advantage provided by particular embodiments of the invention are a plastic valve with a greater degree of reliability and longer life.

Una caratteristica ed un vantaggio di particolari forme di realizzazione dell'invenzione consistono nel fatto che si può realizzare una valvola a tre vie con un quarto di giro, senza un dado di regolazione e nel fatto che ha maggiore durata e affidabilità migliorata rispetto alle valvole a tre vie ad un quarto di giro note. A feature and advantage of particular embodiments of the invention is that a quarter-turn three-way valve can be made without an adjusting nut, and that it has longer life and improved reliability than conventional valves. three-way quarter-turn notes.

Una ulteriore caratteristica e vantaggio significativi di particolari forme di realizzazione dell'invenzione consistono nel fatto che la forza di chiusura di ciascun elemento di valvola viene fornita mediante la deflessione di una molla separata. Inoltre, le molle non agiscono l'una contro l'altra per imporre tensione addizionale sui componenti interni della valvola. Questo minimizza il verificarsi di scorrimento. A further significant feature and advantage of particular embodiments of the invention is that the closing force of each valve element is provided by the deflection of a separate spring. Also, the springs do not act against each other to impose additional tension on the internal components of the valve. This minimizes the occurrence of creep.

Varie forme di realizzazione dell'invenzione sono illustrate e descritte in seguito. Si noti che le parole "collega", "connessione" e "di connessione" quando usate in questa sede, non richiedono un contatto fisico diretto fra il componente interessato, cioè possono essere presenti componenti intermedi. Quando si fa riferimento ad una valvola di plastica, questo non richiede che tutti i componenti della valvola siano di plastica, ma solo che la valvola sia principalmente costruita di plastica. Inoltre, "molla" quando usato in questa sede, può comprendere molle singole o multiple. Quando in questa sede vengono indicate direzioni, come "alto", "basso", "verso l'alto" e "verso il basso", queste non vengono indicate solo come riferimenti relativi a posizioni degli elementi e componenti della valvola e non vengono indicate affinché la valvola o componenti vengano posizionati in un orientamento specifico nell'ambiente in cui la valvola viene utilizzata. Various embodiments of the invention are illustrated and described below. Note that the words "connect", "connect" and "connect" when used here, do not require direct physical contact between the affected component, ie intermediate components may be present. When referring to a plastic valve, this does not require that all components of the valve be plastic, only that the valve is primarily constructed of plastic. Also, "spring" when used herein may comprise single or multiple springs. When directions are indicated here, such as "up", "down", "up" and "down", they are not shown only as references to valve element and component positions and are not indicated so that the valve or components are placed in a specific orientation in the environment in which the valve is used.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

La Fig. 1 è una vista in sezione trasversale di una valvola a tre vie azionata manualmente della tecnica precedente. Fig. 1 is a cross-sectional view of a prior art manually operated three-way valve.

La Fig. 2 è una vista prospettica di una valvola a tre vie azionata manualmente. Questa configurazione generale si applica a valvole della tecnica precedente ed a valvole secondo la presente invenzione. Fig. 2 is a perspective view of a manually operated three-way valve. This general configuration applies to prior art valves and to valves according to the present invention.

La Fig. 3 è una vista in sezione trasversale di una valvola a tre vie azionata manualmente secondo l'invenzione . Fig. 3 is a cross-sectional view of a manually operated three-way valve according to the invention.

La Fig. 4 è una vista schematica in sezione trasversale che illustra una valvola a tre vie secondo l'invenzione con la valvola inferiore chiusa. Fig. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating a three-way valve according to the invention with the lower valve closed.

La Fig. 5 è una vista schematica in sezione trasversale che illustra una valvola a tre vie secondo l'invenzione con la manopola manuale ruotata fino a quando l'elemento di valvola superiore impegna la sede della valvola superiore. Fig. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating a three-way valve according to the invention with the manual knob rotated until the upper valve element engages the upper valve seat.

La Fig. 6 è una vista schematica in sezione trasversale che illustra una valvola a tre vie secondo l'invenzione con la manopola manuale ruotata alla massima distanza di rotazione in cui il meccanismo di compensazione dello scorrimento è contratto e la porzione a soffietto dello stelo della valvola è distesa . Fig. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a three-way valve according to the invention with the manual knob rotated to the maximum rotation distance in which the slip compensation mechanism is contracted and the bellows portion of the stem of the valve is stretched out.

La Fig. 7 è una vista esplosa che illustra componenti della porzione di attuatore e della porzione di compensazione dello scorrimento. Fig. 7 is an exploded view illustrating components of the actuator portion and the slip compensation portion.

La Fig. 8 è una vista prospettica della porzione di stelo della valvola. Fig. 8 is a perspective view of the stem portion of the valve.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DETAILED DESCRIPTION

Facendo riferimento alle Fig. 2 e 3, è mostrata una vista in sezione trasversale di una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, ed è generalmente indicata con il numero 50. La valvola è costituita principalmente da componenti di plastica ed i componenti principali sono un corpo 52 della valvola, una porzione di attuatore 54, un gruppo di stelo 56 della valvola e una porzione 58 di compensazione dello scorrimento. Il corpo 52 della valvola ha un asse A ed un interno aperto 62 che comprende una camera superiore 64, una camera centrale 66 ed una camera inferiore 68. Un primo condotto di flusso 70 è collegato alla camera superiore 64, un secondo condotto di flusso 72 è collegato alla camera inferiore 68 e un terzo condotto di flusso 74 è collegato alla camera centrale 66. Fra la camera superiore e la camera centrale vi è una prima porzione di valvola 76 o inferiore con una prima sede 78 della valvola che ha un primo elemento di valvola superiore 80 cooperante configurato come fungo. Fra la camera centrale 66 e la camera inferiore 68 vi è una seconda valvola 82 o inferiore con una seconda sede 84 della valvola inferiore che coopera con un secondo elemento di valvola inferiore 86, anche sagomato a fungo. Referring to Figs. 2 and 3, a cross-sectional view of a preferred embodiment of the invention is shown, and is generally indicated with the number 50. The valve consists mainly of plastic components and the main components are a valve body 52, an actuator portion 54, a valve stem assembly 56 and a slip compensation portion 58. The valve body 52 has an axis A and an open interior 62 which includes an upper chamber 64, a central chamber 66 and a lower chamber 68. A first flow conduit 70 is connected to the upper chamber 64, a second flow conduit 72 is connected to the lower chamber 68 and a third flow conduit 74 is connected to the central chamber 66. Between the upper chamber and the central chamber is a first valve portion 76 or lower with a first valve seat 78 which has a first element of cooperating upper valve 80 configured as a poppet. Between the central chamber 66 and the lower chamber 68 there is a second valve 82 or lower with a second seat 84 of the lower valve which cooperates with a second lower valve element 86, also shaped like a mushroom.

Facendo riferimento alle Fig. 3 e 8, il primo elemento di valvola ed il secondo elemento di valvola fanno parte del gruppo 56 di stelo della valvola che comprende anche la porzione 90 di stelo cavo che ha una porzione espandibile configurata come fisarmonica o soffietto 92 che permette alla porzione di stelo di essere allungabile e contraibile in direzione assiale. Da ciascun elemento di valvola si estende un diaframma flessibile 94, 96, un gruppo 56 di stelo della valvola può essere costituito da PTFE ed è convenientemente formato in due sezioni che sono fissate insieme meccanicamente oppure unite mediante saldatura come è noto nella tecnica. Il gruppo di stelo è lavorato appropriatamente. Referring to Figs. 3 and 8, the first valve element and the second valve element are part of the valve stem assembly 56 which also includes the hollow stem portion 90 which has an expandable portion configured as an accordion or bellows 92 which allows the stem portion to be extendable and contractable in the axial direction. A flexible diaphragm 94, 96 extends from each valve element, a valve stem assembly 56 may be made of PTFE and is conveniently formed into two sections which are mechanically fastened together or joined by welding as is known in the art. The stem assembly is properly machined.

La porzione di corpo 52 può essere costituita da una porzione di corpo principale 102, una porzione di corpo di base 104 e una porzione di corpo superiore 106, come mostrato meglio nelle Fig. 2 e 3. La porzione di corpo di base 104 ha una camera della molla 108 in cui è posizionata una prima molla inferiore 110 che è costituita da una molla principale 111 ed una molla supplementare 112. Un mozzo 114 della molla impegna la molla 110 ed ha un diaframma integrale 116. La porzione di corpo superiore 106 è fissata alla porzione di corpo principale 102 mediante un dado 117 e la porzione di corpo di base 104 è fissata alla porzione di corpo principale 102 mediante un dado addizionale 118. Le porzioni di corpo sono formate opportunamente, come mediante stampaggio ad iniezione, da PFA. I dadi 117, 118 sono opportunamente formati da PVDF (fluoruro di polivinilidene). The body portion 52 may consist of a main body portion 102, a base body portion 104 and an upper body portion 106, as best shown in Figs. 2 and 3. The base body portion 104 has a spring chamber 108 in which is positioned a first lower spring 110 which consists of a main spring 111 and an additional spring 112. A spring hub 114 engages the spring 110 and has an integral diaphragm 116. The upper body portion 106 is secured to the main body portion 102 by a nut 117 and the base body portion 104 is secured to the main body portion 102 by an additional nut 118. The body portions are suitably formed, such as by injection molding, from PFA. Nuts 117, 118 are suitably formed from PVDF (polyvinylidene fluoride).

Facendo riferimento alle Fig. 3 e 7, la porzione di attuatore 54 è principalmente vincolata nella porzione di corpo superiore 106. La porzione di attuatore comprende la manopola manuale 120, l'albero girevole 122, che è fissato alla manopola e si estende nella porzione di corpo superiore 106 e la porzione 58 di compensazione dello scorrimento. La porzione di attuatore comprende inoltre una porzione 126 di traslazione del movimento che, nella realizzazione mostrata, è configurata come porzioni a camma 128 con superfici a camma 129. In alternativa, la porzione 126 di traslazione del movimento può comprendere una porzione filettata 132 sull'albero girevole 122 in cooperazione con una porzione filettata 134 sulla porzione di corpo. Referring to Figs. 3 and 7, the actuator portion 54 is mainly constrained in the upper body portion 106. The actuator portion comprises the manual knob 120, the rotatable shaft 122, which is fixed to the knob and extends into the portion upper body 106 and the slip compensation portion 58. The actuator portion further comprises a movement translating portion 126 which, in the embodiment shown, is configured as cam portions 128 with cam surfaces 129. Alternatively, the movement translating portion 126 may comprise a threaded portion 132 on the rotatable shaft 122 in cooperation with a threaded portion 134 on the body portion.

Nella porzione di corpo superiore 106 è contenuta la porzione 58 di compensazione dello scorrimento configurata come meccanismo che contiene una seconda molla superiore intrappolata 142 entro una struttura 144. La struttura è configurata come gabbiaIavente una base di supporto inferiore 146 con sezione trasversale a forma di "W", una porzione di ritenzione superiore 148 e una pluralità di elementi allungati configurati come perni di supporto o aste 150 che si estendono attraverso e fra la base inferiore e la porzione di ritenzione superiore. La base inferiore e/oppure la porzione di ritenzione superiore sono impegnate a scorrimento con dette aste in modo che la porzione di molla intrappolata possa venire contratta ad una lunghezza assiale inferiore rispetto a quella mostrata nella Fig. 2. Una porzione di collegamento 151 si estende dalla porzione di traslazione del movimento fino al secondo elemento di valvola e alla porzione di compensazione dello scorrimento. La porzione di collegamento 151 comprende un elemento di collegamento 152 con sezione trasversale a T che si estende verso il basso dall'impegno con la porzione di ritenzione superiore 148 per venire a contatto e impegnare un elemento di collegamento inferiore 156, che fa anche parte della porzione di collegamento 151. Detto elemento di collegamento inferiore si estende attraverso la porzione di stelo cavo 90 per impegnare il secondo elemento di valvola e- la prima molla per mezzo di un mozzo 114 della molla. L'elemento di collegamento inferiore è opportunamente formato da PEEK (polietere etere chetone) caricato con fibra di carbonio estruso a trazione. La porzione di ritenzione superiore e la porzione di base inferiore possono essere costituite da PVDF, PFA o simili. L'asta o perni di supporto possono essere configurati come bulloni e possono essere costituiti da PEEK estruso a trazione caricato con fibra .di carbonio oppure acciaio inossidabile. The upper body portion 106 contains the slip compensation portion 58 configured as a mechanism which contains a second upper spring 142 trapped within a structure 144. The structure is configured as a cage having a lower support base 146 with a "shaped cross section" W ", an upper retention portion 148 and a plurality of elongated members configured as support pins or rods 150 extending through and between the lower base and the upper retention portion. The lower base and / or the upper retention portion are slidably engaged with said rods so that the trapped spring portion can be contracted to a shorter axial length than that shown in Fig. 2. A connecting portion 151 extends from the movement translating portion to the second valve element and the slip compensation portion. The connecting portion 151 includes a connecting member 152 with a T-shaped cross section which extends downwardly from engagement with the upper retaining portion 148 to contact and engage a lower connecting member 156, which is also part of the connecting portion 151. Said lower connecting member extends through the hollow stem portion 90 to engage the second valve member and first spring by means of a spring hub 114. The lower connecting element is suitably formed of PEEK (polyether ether ketone) loaded with extruded tensile carbon fiber. The upper retention portion and the lower base portion may consist of PVDF, PFA or the like. The support rod or pins can be configured as bolts and can be made of extruded tensile PEEK loaded with carbon fiber or stainless steel.

Il movimento verso il basso dell'elemento di collegamento superiore 152 a forma di T causa un movimento verso il basso dell'elemento di collegamento inferiore 156 per comprimere la prima molla 110 e per spostare il secondo elemento di valvola 86 o inferiore dalla posizione di chiusura mostrata nella Fig. 2 fino ad una posizione aperta. Detto movimento verso il basso della porzione di ritenzione superiore 148 causerà un corrispondente movimento verso il basso della seconda molla di base 144 e del primo elemento di valvola superiore 80 fino a quando detto elemento di valvola si impegna con la prima sede 78 della valvola e ne viene arrestato un ulteriore movimento verso il basso. Quindi, un ulteriore movimento verso il basso della porzione di ritenzione superiore non causa un movimento verso il basso della porzione di base inferiore, ma piuttosto comprime la seconda molla 142 ed il meccanismo di compensazione dello scorrimento. Quindi, quando l'elemento di valvola superiore si trova in una posizione di chiusura con la sede superiore della valvola, detta forza di chiusura viene fornita per mezzo della seconda molla 142 e la-forza viene determinata dalla deflessione di detta molla e dalle caratteristiche della molla. La prima e la seconda molla sono preferibilmente di acciaio inossidabile rivestito con un fluoropolimero. The downward movement of the upper T-shaped link 152 causes a downward movement of the lower link 156 to compress the first spring 110 and to move the second valve member 86 or lower from the closed position shown in Fig. 2 up to an open position. Said downward movement of the upper retention portion 148 will cause a corresponding downward movement of the second base spring 144 and of the first upper valve element 80 until said valve element engages with the first valve seat 78 and therewith. a further downward movement is stopped. Hence, a further downward movement of the upper retention portion does not cause a downward movement of the lower base portion, but rather compresses the second spring 142 and the slip compensation mechanism. Thus, when the upper valve element is in a closed position with the upper valve seat, said closing force is provided by means of the second spring 142 and the force is determined by the deflection of said spring and the characteristics of the valve. spring. The first and second springs are preferably of stainless steel coated with a fluoropolymer.

Facendo riferimento alle Fig. 4, 5 e 6, il funzionamento del dispositivo per compensare lo scorrimento di una valvola a tre vie è illustrato in viste schematiche semplificate in sezione trasversale. Queste figure illustrano la porzione 126 di traslazione del movimento come porzione filettata 132 sull'albero impegnata con una porzione filettata 134 sulla porzione di corpo 52. Nella Fig. 4, la manopola 120 viene ruotata per la completa apertura e l'elemento di valvola inferiore 86 si trova nella posizione di chiusura con la sede della valvola inferiore 84 fissata a questo mediante la forza di chiusura fornita dalla prima molla 110. La porzione 58 di compensazione dello scorrimento si trova nella sua posizione completamente estesa tale che il precarico della seconda molla 142 eserciti forza solo contro la struttura 114 di compensazione dello scorrimento. L'elemento di valvola superiore è trova nella posizione aperta, per cui il flusso viene effettuato fra il primo condotto di flusso e il terzo condotto di flusso che non è mostrato in queste figure, ma può estendersi in una direzione in uscita dalla pagina. Referring to Figs. 4, 5 and 6, the operation of the device for compensating the sliding of a three-way valve is illustrated in simplified schematic views in cross section. These figures illustrate the movement translation portion 126 as a threaded portion 132 on the shaft engaged with a threaded portion 134 on the body portion 52. In Fig. 4, the knob 120 is rotated to full opening and the lower valve element 86 is in the closed position with the lower valve seat 84 secured thereto by the closing force provided by the first spring 110. The slip compensation portion 58 is in its fully extended position such that the preload of the second spring 142 exerts force only against the slip compensation structure 114. The upper valve element is in the open position, whereby flow is effected between the first flow conduit and the third flow conduit which is not shown in these figures, but may extend in a direction out of the page.

Facendo riferimento alla Fig. 5, la manopola 120 è stata ruotata fino al punto in cui l'elemento di valvola superiore 80 impegna la prima sede della valvola 78. A questo punto, la porzione 58 di compensazione dello scorrimento è stata spostata verso il basso, ma è ancora completamente estesa e l'elemento di collegamento inferiore ha spinto l'elemento di valvola inferiore 86 verso il basso ed ha così separato detto elemento di valvola inferiore dalla prima sede della valvola 84. Quindi, la porzione di valvola 76 che separa il primo condotto di flusso dal terzo condotto di flusso è ora chiusa e la porzione di valvola 82 fra il secondo condotto di flusso e il terzo condotto di flusso è aperta. Referring to Fig. 5, the knob 120 has been rotated to the point where the upper valve element 80 engages the first valve seat 78. At this point, the slip compensation portion 58 has been moved downward. , but is still fully extended and the lower connecting element has pushed the lower valve element 86 downward and has thus separated said lower valve element from the first valve seat 84. Hence, the valve portion 76 which separates the first flow conduit from the third flow conduit is now closed and the valve portion 82 between the second flow conduit and the third flow conduit is open.

Facendo riferimento alla Fig. 6, la manopola 120 è stata ruotata fino alla fine del suo campo di movimento di rotazione e mediante un ulteriore spostamento verso il basso della porzione di ritenzione superiore 148 ha contratto la porzione 58 di compensazione dello scorrimento, per cui i perni 150 sono estesi verso l'alto da detta porzione 58. Detto ulteriore spostamento verso il basso della porzione di ritenzione superiore 148 ha anche spinto l'elemento di valvola inferiore 86 ulteriormente verso il basso per una maggiore separazione dalla sede della valvola inferiore 84. Dato che all'elemento di valvola superiore viene impedito un ulteriore spostamento verso il basso poiché l'elemento di valvola inferiore è in movimento, il gruppo di stelo della valvola viene costretto ad estendersi assialmente, il che viene compensato dalla porzione a soffietto 92. Si noti che la prima molla è compressa nella Fig. 5 rispetto alla Fig. 4 ed è ulteriormente compressa nella Fig. 6. La seconda molla 142 nella porzione di compensazione dello scorrimento è compressa nella Fig. 6 rispetto alle Fig. 4 e 5. Referring to Fig. 6, the knob 120 has been rotated to the end of its pivot range and by further downward movement of the upper retention portion 148 has contracted the slip compensation portion 58, whereby the pins 150 are extended upwardly from said portion 58. Said further downward movement of the upper retention portion 148 has also pushed the lower valve member 86 further downward for greater separation from the lower valve seat 84. Since the upper valve element is prevented from further downward movement as the lower valve element is in motion, the valve stem assembly is forced to extend axially, which is compensated for by the bellows portion 92. Yes note that the first spring is compressed in Fig. 5 with respect to Fig. 4 and is further compressed in Fig. 6. The second spring 142 in the slip compensation portion it is compressed in Fig. 6 with respect to Figs. 4 and 5.

Quindi, le forze di chiusura degli elementi di valvola sulle sedi della valvola vengono fornite dalla prima e seconda molla. Qualsiasi scorrimento che si verifichi nei componenti della valvola non influenzerà in modo significativo la pressione di chiusura, né, corrispondentemente, l'integrità delle porzioni della valvola. Hence, the closing forces of the valve elements on the valve seats are provided by the first and second springs. Any slippage that occurs in the valve components will not significantly affect the closing pressure, nor, correspondingly, the integrity of the valve portions.

Facendo riferimento alla Fig. 2, in una forma di realizzazione preferita di una valvola secondo l'invenzione, la manopola e l'albero girevole ruoteranno su una distanza di rotazione predeterminata che può essere di un quarto di giro, come indicato dall'arco indicato con il numero 162. Questo viene ottenuto facilmente con le porzioni a camma 128 come mostrato nella Fig. 7. Utilizzando le porzioni filettate come illustrato nelle Fig. 4, 5 e 6, possono essere necessari diversi giri per la distanza di rotazione completa di tale configurazione. Le porzioni di traslazione del movimento trasformano il movimento di rotazione in un movimento lineare e assiale che sposta l'elemento di valvola superiore 80, come mostrato nelle Fig. 4 e 5, di una prima distanza lineare predeterminata di. Il movimento di rotazione sposta anche un elemento di collegamento 166, come la porzione di ritenzione superiore 148 mostrata nelle Fig. 4, 5 e 6, di una seconda distanza predeterminata d2 come illustrato nella Fig. 6. La differenza fra d2 e di è uguale alla contrazione del meccanismo 58 di compensazione dello scorrimento che è illustrata mediante la distanza d3 della Fig. 6. Sempre nella Fig. 6, la distanza di spostamento verso il basso d4 dell'elemento di valvola inferiore 86 non viene influenzata dalla contrazione della porzione 58 di compensazione dello scorrimento e questa distanza è uguale alla distanza d2. Referring to Fig. 2, in a preferred embodiment of a valve according to the invention, the knob and the rotating shaft will rotate over a predetermined distance of rotation which can be a quarter of a turn, as indicated by the arc indicated with the number 162. This is easily achieved with the cam portions 128 as shown in Fig. 7. Using the threaded portions as shown in Figs. 4, 5 and 6, several turns may be required for the full rotation distance of that configuration. The translational portions of the motion transform the rotational motion into a linear and axial motion which moves the upper valve element 80, as shown in Figs. 4 and 5, by a first predetermined linear distance of. The rotational movement also moves a connecting element 166, such as the upper retention portion 148 shown in Figs. 4, 5 and 6, by a second predetermined distance d2 as illustrated in Fig. 6. The difference between d2 and di is equal to the contraction of the slip compensation mechanism 58 which is illustrated by the distance d3 of Fig. 6. Also in Fig. 6, the downward displacement distance d4 of the lower valve element 86 is not affected by the contraction of the portion 58 slip compensation and this distance is equal to the distance d2.

L'uso delle forze delle molle per fornire le pressioni di chiusura per gli elementi di valvola minimizzano efficacemente il verificarsi dello scorrimento e auto-compensano lo scorrimento che dovesse verificarsi. Si noti che tali valvole sono adatte in ambienti in cui le pressioni di fluido sono insufficienti per superare dette pressioni di chiusura. The use of spring forces to provide closing pressures for the valve elements effectively minimizes the occurrence of slip and self-compensates for any slip that should occur. It should be noted that such valves are suitable in environments where the fluid pressures are insufficient to overcome said closing pressures.

La presente invenzione può venire realizzata in altre forme specifiche senza distaccarsi dal suo spirito o dalle sue caratteristiche essenziali, e si desidera quindi che la presente forma di realizzazione venga considerata in tutti gli aspetti come illustrativa e non limitativa, facendo riferimento alle rivendicazioni allegate piuttosto che alla descrizione precedente per indicare il campo dell'invenzione. The present invention can be realized in other specific forms without departing from its spirit or its essential characteristics, and it is therefore desired that the present embodiment be considered in all respects as illustrative and not limitative, referring to the attached claims rather than to the previous description to indicate the field of the invention.

Claims

CLAIMS 1. Slip resistant three-way plastic valve, comprising: a) a body portion with an axis, a first conduit, a second conduit and a third conduit, the three conduits extending into an open interior in the body portion, a first valve seat axially aligned in the body portion and positioned to control the flow between the first conduit and the third conduit, a second valve seat axially aligned in the body portion and positioned to control the flow between the second conduit and the third conduit; b) a first valve element facing the first valve seat and movable between a closed position and an open position with the first valve seat, and a second valve element facing the second valve seat and movable to the closed position with the second seat of the valve or removable from this; c) an actuator portion for moving the first and second valve elements, the actuator portion comprising a rotatable manual knob, a connecting portion and a movement translation portion for transforming the rotation of the knob into an axial movement towards the bottom of the connecting portion; And d) a trapped spring portion comprising a spring and a support portion, the trapped spring portion having an extended length and being compressible, the trapped spring portion being intermediate between the actuator portion and the first valve element and being movable in the axial direction by the translational portion of the movement without contracting the spring until the first valve element arranges itself on the first valve seat and where further axial movement of the spring portion trapped by the actuator portion causes contraction of the spring; And e) the connecting portion further extending from the actuator portion to the second valve element for axially displacing the second valve element when moving the connecting portion.

The plastic valve of claim 1, further comprising a lower spring positioned in the body portion, the lower spring providing a thrust of the second valve element towards the second valve seat.

3. The plastic valve of claim 2 wherein the first valve element and the second valve element have a stem portion extending therebetween and in which the stem portion can be extended and contracted.

The plastic valve of claim 3, wherein the stem portion has a bellows portion which allows the stem portion to extend and contract.

The plastic valve of claim 1, wherein the movement translating portion comprises a cam surface.

The plastic valve of claim 4, wherein the knob has a predetermined rotational range of one quarter of a turn.

7. A plastic valve according to claim 4, wherein an integral diaphragm extends from the first valve element, said diaphragm extending into sealing engagement with the body portion.

8. Plastic valve comprising: a) a valve body having a first valve element in front of a first valve seat, the valve element being movable downwardly over a first predetermined axial distance for closing with the valve seat to control the flow of fluids through the valve; b) an actuator portion comprising a knob, a rotatable shaft attached to the knob, the shaft and knob being rotatable for a predetermined rotation distance, the knob extending from the valve body, a movement translation portion comprising a portion of connection for transforming rotation of the knob over a predetermined rotation distance into an axial movement of the connecting portion over a second predetermined axial distance, said second predetermined axial distance being greater than the first predetermined axial distance, the connecting portion for transmitting the axial force downwardly to the valve element; c) a slip compensation mechanism comprising a spring held in a support portion, the support portion having a maximum axial length and said length being shrinkable by compressing said spring to a shorter axial length, the slip compensation mechanism being inserted into intermediate position between the connecting portion and the valve element, whereby when the knob is rotated to its predetermined rotation distance, the sliding compensation mechanism contracts substantially due to the difference between the first predetermined axial distance and the second distance predetermined axial.

The valve according to claim 8, wherein the body portion has a valve seat which has a contact portion with the valve element and a circular groove positioned radially adjacent the contact portion of the valve element thereby providing flexibility to the valve seat.

10. The valve of claim 8 further comprising an integral diaphragm with and extending from the valve element.

11. The valve of claim 8, further comprising a second valve element in front of a second valve seat, the second valve element being pushed towards the second valve, and wherein the connecting portion is connected to said second valve element and opposes said thrust to move the second valve element away from the second valve seat.

12. Valve stem with slip compensation for use in a three-way valve, the valve stem having an upper diaphragm, an upper poppet adjacent to the upper diaphragm, a lower diaphragm extending outward, a poppet adjacent to the lower diaphragm, a portion of hollow stem extending between the upper and lower poppet, the diaphragm having an accordion section which permits elongation and contraction of the valve stem.

13. The valve stem of claim 12 wherein the upper diaphragm, the upper poppet, the hollow stem portion, the lower poppet and the lower diaphragm are all integral.

14. Slip compensation mechanism for insertion into a plastic valve, the plastic valve having a valve body, an actuator mechanism, a valve element, a valve seat, the extendable actuator to move the element valve in a closed position with the valve seat; the valve providing the insertion of the slip compensation mechanism in an intermediate position between the valve element and the actuator mechanism, the slip compensation mechanism comprising a pre-loaded helical spring contained within a shrinkable structure, the structure having a maximum length and being shrinkable to a shorter length by compression of the helical spring.

15. Three-way plastic valve having a pair of axially aligned valve portions, the valve portions having a first valve element and a second opposing valve element, each valve element having an open position and a closed position, the diaphragm valve further having a first spring and a second spring, and wherein the closing force to maintain the first valve element in the closed position is provided by the force resulting from the deflection of the first spring and the closing force to maintain the second valve element in the closed position is provided by the force resulting from the deflection of the second spring.

A three-way plastic valve according to claim 15, wherein the first valve element and the second valve element are integral and are connected by an axially extendable stem portion.

17. The three-way plastic valve of claim 15 further comprising a spring support structure having a maximum axial length and being shrinkable, and wherein the first spring is positioned in the spring support structure and wherein the spring is the support structure of the spring move with the first valve element from the open position to the closed position, so that the support structure and the first spring are contractile, thus deflecting the spring which provides closure to the first valve element.